JP2016510483A

JP2016510483A - Plasma generator and portable device including plasma generator

Info

Publication number: JP2016510483A
Application number: JP2015553198A
Authority: JP
Inventors: ネッテスハイム，シュテファン; コルツェク，ダリウシュ; ブルゲル，ドミニク
Original assignee: レリオンプラズマゲーエムベーハー
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: JP6644550B2; CN105103319A; WO2014115050A4; EP2948991B1; DE102013100617B4; DE102013100617A9; DE102013100617A1; US20150373824A1; WO2014115050A1; CN105103319B; US9788404B2; EP2948991A1

Abstract

圧電トランス（５）を励起するために、前記圧電トランス（５）と電気的に接続した駆動回路（３）を有する、プラズマ（Ｐ）発生装置（１）を提供する。また、前記プラズマ発生装置（１）を用いた携帯デバイス（１００）も提供する。前記圧電トランス（５）は複数の層（Ｓ１、Ｓ２、．．．、ＳＮ）から構成される。前記駆動回路（３）は回路基板（７）上に実装され、前記圧電トランス（５）は第１端部（６）の区画（６Ｂ）によって前記回路基板（７）上方に支持される。前記圧電トランス（５）の第２自由端部（８）に高電圧を発生させて大気圧でプラズマ（Ｐ）を発生させる。【選択図】図２In order to excite the piezoelectric transformer (5), a plasma (P) generator (1) having a drive circuit (3) electrically connected to the piezoelectric transformer (5) is provided. Moreover, the portable device (100) using the said plasma generator (1) is also provided. The piezoelectric transformer (5) is composed of a plurality of layers (S1, S2,..., SN). The drive circuit (3) is mounted on a circuit board (7), and the piezoelectric transformer (5) is supported above the circuit board (7) by a section (6B) of a first end (6). A high voltage is generated at the second free end (8) of the piezoelectric transformer (5) to generate plasma (P) at atmospheric pressure. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、プラズマ発生装置に係り、特に、圧電トランスを励起するために前記圧電トランスと電気的に接続された駆動回路に係る。また、本発明は、格納部及び電圧源を備えるプラズマ表面処理用の携帯デバイスに係る。 The present invention relates to a plasma generator, and more particularly, to a drive circuit electrically connected to the piezoelectric transformer to excite the piezoelectric transformer. The present invention also relates to a portable device for plasma surface treatment comprising a storage unit and a voltage source.

特許文献１は、圧電素子を用いたプラズマ発生装置を開示する。この圧電素子は一次側領域及び二次側領域を有し、低電圧かつ高周波数により、圧電素子の一次側領域活性化を行う。この結果、圧電素子の二次側領域表面で電場が増強されてプラズマ点火する。プラズマの制御は、接地電位の対電極、及び圧電素子を通過するガス流で行う。前記ガス流により、プラズマ発生装置からプラズマが流出する。
また。特許文献２は、入力側圧電変換器及び少なくとも二相を備える出力側圧電変換器を有する圧電トランスを開示する。入力側圧電変換器と出力側圧電変換器との間に、少なくとも１つの第１電気絶縁層が配置される。前記第１電気絶縁層は、入力側圧電変換器及び出力側圧電変換器と機械的に接続される。また、出力側圧電変換器の二相の間に、少なくとも１つの第２電気絶縁層が配置される。 Patent Document 1 discloses a plasma generator using a piezoelectric element. This piezoelectric element has a primary side region and a secondary side region, and activates the primary side region of the piezoelectric element with a low voltage and a high frequency. As a result, the electric field is enhanced on the surface of the secondary region of the piezoelectric element, and plasma ignition occurs. The plasma is controlled by a gas flow passing through the counter electrode having the ground potential and the piezoelectric element. Plasma flows out of the plasma generator by the gas flow.
Also. Patent Document 2 discloses a piezoelectric transformer having an input side piezoelectric transducer and an output side piezoelectric transducer having at least two phases. At least one first electrical insulating layer is disposed between the input side piezoelectric transducer and the output side piezoelectric transducer. The first electrical insulating layer is mechanically connected to the input side piezoelectric transducer and the output side piezoelectric transducer. Further, at least one second electrical insulating layer is disposed between the two phases of the output side piezoelectric transducer.

特許文献３は、多層圧電トランスの構造を開示する。第１電気活性素子と第２電気活性素子を、結合層で機械的に接続する。この結合層は、第１電気活性素子の第１主表面と第２電気活性素子の第１主表面との間に、設置される。また、化合物層は付勢手段を有し、第１及び第２電気活性素子の長手方向に圧縮負荷を加える。
また、特許文献４は、圧電トランスの回路装置、及び圧電トランスの駆動方法を開示する。この回路装置は、駆動回路、電流センサ、制御ユニット及び振動子を有する。また、回路装置はパルス幅変調器を有し、パルス幅変調器は振動子と駆動回路との切り換えを行う。振動子の出力端子は、パルス幅変調器の入力端子と接続される。パルス幅変調器の出力側は駆動信号入力側と接続される。また、パルス幅変調器の別の出力側は、駆動回路の駆動信号入力側と接続される。また、制御ユニットの出力側は、変調器の指向入力側を介してパルス幅変調器の入力側と接続される。二次側電圧を用い、フラシュトリガーなどのために、圧電トランスにタップ電圧をかける。 Patent document 3 discloses the structure of a multilayer piezoelectric transformer. The first electroactive element and the second electroactive element are mechanically connected by a coupling layer. The coupling layer is disposed between the first main surface of the first electroactive element and the first main surface of the second electroactive element. The compound layer has a biasing means and applies a compressive load in the longitudinal direction of the first and second electroactive elements.
Patent Document 4 discloses a piezoelectric transformer circuit device and a piezoelectric transformer driving method. This circuit device has a drive circuit, a current sensor, a control unit, and a vibrator. Further, the circuit device has a pulse width modulator, and the pulse width modulator switches between the vibrator and the drive circuit. The output terminal of the vibrator is connected to the input terminal of the pulse width modulator. The output side of the pulse width modulator is connected to the drive signal input side. The other output side of the pulse width modulator is connected to the drive signal input side of the drive circuit. The output side of the control unit is connected to the input side of the pulse width modulator via the directional input side of the modulator. Using the secondary voltage, tap voltage is applied to the piezoelectric transformer for flash triggering.

特許文献５には、ガスチャンバー内でプラズマ点火し、プラズマを維持する方法が開示される。圧電材料をキャビティーに挿入し、共鳴振動で電気励起させて高電圧を発生させる。前記キャビティーはイオン化するガスを含有する。また、圧電材料に外部から電極を付ける。この方法はプラズマ光源を実現するのに好適である。
さらに、特許文献６は、しみ取り用のマイクロプラズマピンを開示する。このマイクロプラズマピンは、皮膚浄化用のプラズマヘッド、グリップ格納部、前記グリップ格納部に配置したマイクロ変換器、出力制御部、及び出力モジュールを有する。前記マイクロプラズマピンによって、高出力で可変的なプラズマ機能が実現できる。このために、集積回路または半導体チップマイクロプロセッサがグリップ格納部内に設置され、圧電トランスを作動させる。 Patent Document 5 discloses a method of maintaining plasma by igniting plasma in a gas chamber. A piezoelectric material is inserted into the cavity and electrically excited by resonant vibration to generate a high voltage. The cavity contains an ionizing gas. Moreover, an electrode is attached to the piezoelectric material from the outside. This method is suitable for realizing a plasma light source.
Further, Patent Document 6 discloses a microplasma pin for removing stains. This microplasma pin has a plasma head for skin purification, a grip housing part, a micro converter disposed in the grip housing part, an output control part, and an output module. The microplasma pin can realize a high-output and variable plasma function. For this purpose, an integrated circuit or a semiconductor chip microprocessor is installed in the grip housing and operates the piezoelectric transformer.

特許文献７は圧電トランスを用いたプラズマ発生器を開示する。増幅器の出力段により、所望の共振周波数で圧電トランスを作動させる。圧電トランスには、２つの電極が接続される。圧電トランスによって発生した電圧は、誘電体バリア放電を起こすのに好適である。誘電体バリア放電発生器は、チューブまたはカップ状の形状からなる。例えば、接地電位のチューブ内に、高電圧電極を設置している。
特許文献８は、少なくとも１つの圧電トランスを用い、大気圧プラズマを発生する装置を開示する。前記圧電トランスは、長手方向において、少なくとも１つの励起領域及び少なくとも１つの高電圧領域に区分される圧電材料から構成される。この圧電トランスは、ガス流が通って導出される、少なくとも１つの開口部を有し、前記開口部においてプラズマが発生する。 Patent Document 7 discloses a plasma generator using a piezoelectric transformer. The piezoelectric transformer is operated at a desired resonance frequency by the output stage of the amplifier. Two electrodes are connected to the piezoelectric transformer. The voltage generated by the piezoelectric transformer is suitable for causing a dielectric barrier discharge. The dielectric barrier discharge generator has a tube or cup shape. For example, a high voltage electrode is installed in a tube having a ground potential.
Patent Document 8 discloses an apparatus that generates atmospheric pressure plasma using at least one piezoelectric transformer. The piezoelectric transformer is composed of a piezoelectric material divided in the longitudinal direction into at least one excitation region and at least one high voltage region. The piezoelectric transformer has at least one opening through which a gas flow is derived, and plasma is generated in the opening.

また、特許文献９は、大気圧プラズマ発生装置を開示する。ガス導入口と接続するガスライン及び前記プラズマ発生装置に電力を供給する供給ラインは、ともに電源装置に接続される。
さらに、特許文献１０は、圧電素子を備えた発光素子を開示する。この圧電素子はＡＣ電圧によって励起される。
また、特許文献１１は、室内空気清浄機を開示する。この空気清浄機は格納部を有し、この格納部は、浄化した空気を吹き出すために、周囲の空気を導入する少なくとも１つの開口部及び少なくとも１つの吹き出し用開口部を備える。この空気清浄機では、プラズマ発生器を前記格納部内に配置し、微生物や不快臭を除去する。
さらに、非特許文献１では、圧電トランスが、従来型トランスの好適な代替品となることを示す。駆動電圧を一次側に印加すると、出力側（つまり、二次側）で電圧が高くなる。
また、非特許文献２では、圧電トランスを振動節の部分で支持する。励起エネルギを、圧電トランスの前半部分に供給する。また、圧電トランスの後半部分を、バリア放電を行う２つの電極間に設置する。このように構成することで、圧電トランスの自由端にのみプラズマを発生させる。 Patent Document 9 discloses an atmospheric pressure plasma generator. Both the gas line connected to the gas inlet and the supply line for supplying power to the plasma generator are connected to the power supply device.
Furthermore, Patent Document 10 discloses a light emitting element including a piezoelectric element. This piezoelectric element is excited by an AC voltage.
Patent document 11 discloses an indoor air cleaner. The air purifier has a storage unit, and the storage unit includes at least one opening for introducing ambient air and at least one blowing opening for blowing out purified air. In this air purifier, a plasma generator is disposed in the storage section to remove microorganisms and unpleasant odors.
Further, Non-Patent Document 1 shows that a piezoelectric transformer is a suitable substitute for a conventional transformer. When the drive voltage is applied to the primary side, the voltage increases on the output side (that is, the secondary side).
In Non-Patent Document 2, the piezoelectric transformer is supported by the vibration node portion. Excitation energy is supplied to the first half of the piezoelectric transformer. Further, the latter half of the piezoelectric transformer is installed between two electrodes that perform barrier discharge. With this configuration, plasma is generated only at the free end of the piezoelectric transformer.

ドイツ特許出願公報第１０２００８０１８８２７Ｂ４号明細書German Patent Application No. 102008018827B4 ドイツ特許出願公報第１０２０１１００６７６４Ａ１号明細書German Patent Application Publication No. 102011006764A1 米国特許第５，８３４，８８２号明細書US Pat. No. 5,834,882 ドイツ特許出願公報第１０２００９０２３５０５Ａ１号明細書German Patent Application Publication No. 102009023505A1 ドイツ特許出願公報第１０２００７０５５０１４Ａ１号明細書German Patent Application Publication No. 102007055014A1 中国特許出願公報第１０１２５９０３６Ａ号明細書Chinese Patent Application Publication No. 101259036A Specification 欧州特許出願公報第２２５６８３５Ａ２号明細書European Patent Application No. 2256835A2 Specification ドイツ特許出願公報第１０２００５０３２８９０Ｂ４号明細書German Patent Application No. 102005032890B4 ドイツ実用新案第２０２００８００８９０８Ｕ１号明細書German utility model No. 202008008908U1 特開２００３−２９７２９５JP 2003-297295 A ドイツ特許出願公報第１０２００８０６３０５２Ａ１号明細書German Patent Application Publication No. 102008063052A1

Ｃ．Ｋａｕｃｚｏｒ、Ｔ．Ｓｃｈｌｔｅ、Ｈ．Ｇｒｏｔｓｔｏｌｌｅｎ；イルメナウ工科大学；「圧電トランス−回路及び応用」；第４７回国際セミナー、９月２３−２６日、２００２年C. Kauczor, T .; Schlte, H.C. Grottolen; Ilmenau University of Technology; “Piezoelectric Transformers-Circuits and Applications”; 47th International Seminar, September 23-26, 2002 ＫｅｎｊｉＴｅｒａｎｉｓｈｉ、ＳｕｓｕｍｕＳｕｚｕｋｉ、ＨａｒｕｒｏＩｔｏｈ；千葉工業大学；「圧電トランスを用いたコンパクトオゾナイザーによる高効率オゾン製造」Kenji Teranishi, Susumu Suzuki, Haruro Itoh; Chiba Institute of Technology; “Highly efficient ozone production with a compact ozonizer using a piezoelectric transformer”

本発明は、少なくとも１つの圧電トランスを用い、大気圧プラズマを発生させる装置に係る。この圧電トランスは圧電材料から構成され、前記圧電材料は長さ方向で、少なくとも１つの励起領域及び少なくとも１つの高電圧領域に区分される。本発明によれば、圧電トランスは少なくとも１つのガス導出用の開口部を有し、ガスが流出して前記開口部でプラズマが発生する。
また、本発明の別の態様では、圧電トランスの２領域の分極方向を規定し、高電圧領域表面にプラズマを発生させる。例えば、対向する電極をもつ照明源とすることができる。 The present invention relates to an apparatus for generating atmospheric pressure plasma using at least one piezoelectric transformer. The piezoelectric transformer is composed of a piezoelectric material, and the piezoelectric material is divided in the length direction into at least one excitation region and at least one high voltage region. According to the present invention, the piezoelectric transformer has at least one gas outlet opening, and the gas flows out to generate plasma in the opening.
In another aspect of the present invention, the polarization direction of the two regions of the piezoelectric transformer is defined, and plasma is generated on the surface of the high voltage region. For example, it can be an illumination source having opposing electrodes.

本発明の目的は、大気圧でプラズマを発生する、構造が単純で低価格な装置を提供することである。この目的は、本願請求項１の装置によって実現できる。また、本発明の別の目的は、安価かつ容易に製造できる、大気圧でプラズマ表面処理する携帯デバイスを提供することである。この目的は、本願請求項１２のプラズマ表面処理用携帯デバイスによって実現できる。 An object of the present invention is to provide a low-cost apparatus that generates plasma at atmospheric pressure and has a simple structure. This object can be realized by the device of claim 1 of the present application. Another object of the present invention is to provide a portable device for plasma surface treatment at atmospheric pressure, which can be manufactured inexpensively and easily. This object can be realized by the portable device for plasma surface treatment according to claim 12 of the present application.

本発明のプラズマ発生装置は、圧電トランスと電気的に接続され、圧電トランスを励起させる駆動回路を特徴とする。圧電トランスは絶縁材料からなる複数の積層体から構成され、各層の一部は伝導体または導電面を有する。伝導体をもつ膜の一部は、圧電トランスの第１端部に位置する。次の焼成過程で個々の層は互いに接続され、圧電トランスが形成される。
圧電トランスを駆動する駆動回路は、回路基板上に実装される。通常、圧電トランスに電圧を印加し、共振周波数で圧電トランスを励起する。また、温度の影響及び経時変化によって、圧電トランスの共鳴周波数が変化する場合、駆動回路を用いて励起電圧を調節する。また、周囲の誘電特性が変化することで、または、ガス環境放電における点火強度によって、圧電トランスの共振周波数も変動する。圧電トランスは、回路基板上の第１端部領域に保持または支持される。励起電圧をかけることにより、圧電トランスの第２自由端部に高電圧が発生する。続いて、大気圧で第２自由端部にプラズマが発生する。圧電トランスの支持では、共振周波数の振動節の部分で圧電トランスを支持する。
回路基板と圧電トランスとの間に間隙を形成し、圧電トランスと回路基板とを空間的に離す。このように構成することで、圧電トランスの機械的消耗を防止する。 The plasma generator of the present invention is characterized by a drive circuit that is electrically connected to a piezoelectric transformer and excites the piezoelectric transformer. The piezoelectric transformer is composed of a plurality of laminated bodies made of an insulating material, and a part of each layer has a conductor or a conductive surface. A part of the film having the conductor is located at the first end of the piezoelectric transformer. In the next firing process, the individual layers are connected to each other to form a piezoelectric transformer.
A drive circuit for driving the piezoelectric transformer is mounted on a circuit board. Usually, a voltage is applied to the piezoelectric transformer to excite the piezoelectric transformer at a resonance frequency. Further, when the resonance frequency of the piezoelectric transformer changes due to the influence of temperature and changes with time, the excitation voltage is adjusted using a drive circuit. Further, the resonant frequency of the piezoelectric transformer also varies due to changes in the surrounding dielectric characteristics or due to the ignition intensity in the gas environment discharge. The piezoelectric transformer is held or supported in a first end region on the circuit board. By applying the excitation voltage, a high voltage is generated at the second free end of the piezoelectric transformer. Subsequently, plasma is generated at the second free end at atmospheric pressure. In supporting the piezoelectric transformer, the piezoelectric transformer is supported at the vibration node portion of the resonance frequency.
A gap is formed between the circuit board and the piezoelectric transformer, and the piezoelectric transformer and the circuit board are spatially separated. With this configuration, mechanical consumption of the piezoelectric transformer is prevented.

圧電トランス自体は、平行六面体形状であり、その厚さよりも長さ及び幅の方がそれぞれ長い。圧電トランスの多層は、圧電トランスの側面に対し略直角に配置され、圧電トランスの長さ及び厚さによって規定される。また、圧電トランスの対向する両側面には、励起電圧を印加するために電気的接続が備えられる。電気的接続は、圧電トランスの振動節の部分に設置するのが好適である。
また、圧電トランスの支持具を、圧電トランスの振動節の部分に設置する。接続用パッドに励起電圧をかけるために電気接続する場合、支持具は弾性材料からなることが好ましい。支持具で支持した圧電トランスに励起エネルギを供給する場合、支持具の材料は、弾力性を有する導電体とする。
なお、作動ガス流は、支持具に支持された圧電トランスの第１端部から圧電トランスの第２自由端部方向に少なくとも流れるように発生させる。この作動ガス流は、プラズマ発生用及び圧電トランス冷却用に使用される。なお、熱エネルギ損失は振動節で最大となる。また、圧電トランスの第２自由端部に作動ガス流が流れるように、送風機を設置する。 The piezoelectric transformer itself has a parallelepiped shape, and its length and width are longer than its thickness. The multilayer of the piezoelectric transformer is disposed substantially perpendicular to the side surface of the piezoelectric transformer and is defined by the length and thickness of the piezoelectric transformer. In addition, electrical connection is provided on opposite side surfaces of the piezoelectric transformer in order to apply an excitation voltage. The electrical connection is preferably installed at the vibration node portion of the piezoelectric transformer.
In addition, a support for the piezoelectric transformer is installed at the vibration node portion of the piezoelectric transformer. When electrical connection is made to apply an excitation voltage to the connection pad, the support is preferably made of an elastic material. When excitation energy is supplied to the piezoelectric transformer supported by the support tool, the material of the support tool is a conductor having elasticity.
The working gas flow is generated so as to flow at least from the first end of the piezoelectric transformer supported by the support to the second free end of the piezoelectric transformer. This working gas flow is used for plasma generation and piezoelectric transformer cooling. The thermal energy loss is greatest at the vibration node. A blower is installed so that the working gas flow flows through the second free end of the piezoelectric transformer.

共振周波数で励起すると、圧電トランスには少なくとも２つの振動節が発生する。両振動節ともに、第１端部及び第２自由端部から空間的に離れている。ある実施形態では、圧電トランスの両側の各表面を、回路基板と電気的に接続する。圧電トランスの各側面の振動節の部分で、接続用パッドを用いて接続する。接続用パッドは、第２端部よりも第１端部に近い振動節の部分に取り付ける。
また、圧電トランスの振動節の部分に温度センサを設置し、温度が一定の閾値を超えたときにスイッチを切れるよう、圧電トランスの温度をモニターするのが好ましい。この構成は、回路基板及び圧電トランスが一体型構造であるときに、特に好適である。この一体型構造は、格納部内に全て挿入または設置できる。
また、プラズマ表面処理用の携帯デバイスは、少なくとも格納部及び電圧源を有する。この携帯デバイスの出力を用い、表面をプラズマ洗浄し、塗料や付着剤の付着特性を向上可能である。格納部内には、圧電トランスを励起させる駆動回路を実装した回路基板を配置する。圧電トランスは第１端部を用いて回路基板上方に支持し、回路基板と一体型構造を形成する。また、圧電トランスの第２自由端部は、格納部の開口部と一列に並んで配置される。圧電トランスの第２自由端部から高電圧を発生させることで、大気圧でプラズマを発生させる。また、電源用に、バッテリ及び／または標準電源用コネクタを備える。 When excited at the resonance frequency, at least two vibration nodes are generated in the piezoelectric transformer. Both vibration nodes are spatially separated from the first end and the second free end. In one embodiment, each surface on both sides of the piezoelectric transformer is electrically connected to the circuit board. The connection is made using a connection pad at the vibration node portion on each side of the piezoelectric transformer. The connection pad is attached to the portion of the vibration node closer to the first end than the second end.
It is also preferable to install a temperature sensor at the vibration node of the piezoelectric transformer and monitor the temperature of the piezoelectric transformer so that the switch is turned off when the temperature exceeds a certain threshold. This configuration is particularly suitable when the circuit board and the piezoelectric transformer have an integral structure. This integral structure can be inserted or installed entirely in the storage.
Moreover, the portable device for plasma surface treatment has at least a storage part and a voltage source. Using the output of this portable device, the surface can be plasma cleaned to improve the adhesion characteristics of paints and adhesives. A circuit board on which a drive circuit for exciting the piezoelectric transformer is mounted is disposed in the storage unit. The piezoelectric transformer is supported above the circuit board using the first end and forms an integral structure with the circuit board. The second free end of the piezoelectric transformer is arranged in a line with the opening of the storage unit. Plasma is generated at atmospheric pressure by generating a high voltage from the second free end of the piezoelectric transformer. In addition, a battery and / or a standard power supply connector are provided for power supply.

格納部は送風機を備え、この送風機によって、圧電トランスを通って格納部の開口部に向かう気流を発生させる。前記送風機は、格納部の構造に応じて軸流送風機として設置してもよい。また、携帯デバイスは、ガスコネクタをもう１つ備えていてもよい。このガスコネクタを介して、圧電トランスの第２自由端部に、別の作動ガスを導入できる。ガス導入部を介して流入する作動ガスは、周囲の空気と混合される。本発明の装置において特に有利な点は、少なくとも１つの圧電トランスを用いて大気圧プラズマを発生できることである。
圧電トランスは圧電材料から構成され、前記圧電材料は長さ方向で、少なくとも１つの励起領域及び少なくとも１つの高電圧領域に区分される。励起領域はＡＣ電圧が印加される接続用パッドを有し、励起領域を機械的に振動させて、高電圧領域に電場を形成させる。
また、本発明は、携帯デバイスに組み入れることもできる。この携帯デバイスは持ち運びが容易なので、どのような所望の場所にでも労力をかけずに運搬できる。同様に、電源を単純なものにして、適用分野に有益な広がりをもたせることもできる。 The storage unit includes a blower, and the blower generates an airflow that passes through the piezoelectric transformer toward the opening of the storage unit. The blower may be installed as an axial blower according to the structure of the storage unit. The portable device may also include another gas connector. Another working gas can be introduced into the second free end of the piezoelectric transformer via this gas connector. The working gas flowing in through the gas inlet is mixed with ambient air. Of particular advantage in the apparatus of the present invention is the ability to generate atmospheric pressure plasma using at least one piezoelectric transformer.
The piezoelectric transformer is composed of a piezoelectric material, and the piezoelectric material is divided in the length direction into at least one excitation region and at least one high voltage region. The excitation region has a connection pad to which an AC voltage is applied, and mechanically vibrates the excitation region to form an electric field in the high voltage region.
The present invention can also be incorporated into portable devices. Since this portable device is easy to carry, it can be carried to any desired location without any effort. Similarly, the power source can be simplified to provide a beneficial spread in the application field.

本発明によれば、幾何学的構造を変化させて、単位時間で発生したプラズマ容量を最大化し、局所電場を増強できる。つまり、圧電性結晶の高電圧側の構造を調整することで、単位時間当たりに発生するプラズマ容量を最大化できる。この構造調整は、圧電性結晶の高電圧側に適するように行う。つまり、この構造調整は、圧電性結晶の高電圧側と直に電気的に接続した、別の装置によって行う。こうして、圧電性結晶（つまり、圧電トランス）の電場増強領域を、作動ガス（つまり、プロセスガス）が流れる。
なお、以下の図面及び説明で、本発明の利点及び優れた実施形態を示す。 According to the present invention, the local electric field can be enhanced by changing the geometric structure to maximize the plasma capacity generated per unit time. That is, the plasma capacity generated per unit time can be maximized by adjusting the structure on the high voltage side of the piezoelectric crystal. This structural adjustment is performed so as to be suitable for the high voltage side of the piezoelectric crystal. That is, this structural adjustment is performed by another device that is directly electrically connected to the high voltage side of the piezoelectric crystal. Thus, the working gas (that is, the process gas) flows through the electric field enhancement region of the piezoelectric crystal (that is, the piezoelectric transformer).
In the following drawings and description, advantages and excellent embodiments of the present invention are shown.

本発明に係る大気圧プラズマ発生装置の基本原理を示す概略図である。It is the schematic which shows the basic principle of the atmospheric pressure plasma generator which concerns on this invention. 本発明に係る格納部で囲まれた装置の斜視的断面図である。1 is a perspective sectional view of an apparatus surrounded by a storage unit according to the present invention. 本発明に係る格納部内の装置の側面図である。It is a side view of the apparatus in the storage part which concerns on this invention. 本発明に係る装置を格納した格納部の一実施形態の斜視図である。It is a perspective view of one Embodiment of the storage part which stored the apparatus based on this invention. 本発明に係る装置の平面図である。1 is a plan view of an apparatus according to the present invention. 本発明に係る装置の側面図である。It is a side view of the apparatus which concerns on this invention. 圧電トランスの側面図であり、層構造を示す。It is a side view of a piezoelectric transformer and shows a layer structure. 圧電トランスの個々の層の平面図であり、励起エネルギを供給するために側面接続させた接続を示す。FIG. 3 is a plan view of individual layers of a piezoelectric transformer, showing connections that are laterally connected to provide excitation energy. （ａ）及び（ｂ）は圧電トランスの設置方法を示す概略図である。(A) And (b) is the schematic which shows the installation method of a piezoelectric transformer. 圧電トランスの長さの関数として、様々な物理状態を示した図である。FIG. 5 shows various physical states as a function of the length of the piezoelectric transformer. 本発明に係るプラズマ発生装置を内部にもつ携帯デバイスの一実施形態を示す。1 shows an embodiment of a portable device having a plasma generator according to the present invention inside. 本発明に係るプラズマ発生装置を内部にもつ携帯デバイスの別の実施形態を示す。4 shows another embodiment of a portable device having a plasma generator according to the present invention inside.

本発明に係る同等または等価な構成要素は、同じ参照番号で表記する。なお、図示した実施形態は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生装置を組み込んだ携帯デバイスの一例を示しただけであり、変更可能である。
図１は、本発明に係る、大気圧プラズマ発生装置１の基本原理を示す概略図である。格納部３０内に、圧電トランス５を設置する。圧電トランス５の第２自由端部８は、格納部３０の開口部３２方向を向く。格納部３０に搭載した送風機１７によって、作動ガス流１５が発生し、格納部３０の開口部３２方向に向かって供給される。作動ガス流１５は、駆動回路３によって導入され、基本的に圧電トランス５を冷却する役割を果たす。なお、本発明は、図１に示した送風機１７の配置に限定されるものではない。当業者にとって、格納部３０の任意の位置に送風機１７を設置できることは自明である。 Equivalent or equivalent components according to the present invention are denoted by the same reference numerals. The illustrated embodiment is merely an example of a plasma generator and a portable device incorporating the plasma generator, and can be changed.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the basic principle of an atmospheric pressure plasma generator 1 according to the present invention. The piezoelectric transformer 5 is installed in the storage unit 30. The second free end 8 of the piezoelectric transformer 5 faces toward the opening 32 of the storage unit 30. A working gas flow 15 is generated by the blower 17 mounted on the storage unit 30 and supplied toward the opening 32 of the storage unit 30. The working gas flow 15 is introduced by the drive circuit 3 and basically serves to cool the piezoelectric transformer 5. In addition, this invention is not limited to arrangement | positioning of the air blower 17 shown in FIG. It is obvious for a person skilled in the art that the blower 17 can be installed at an arbitrary position of the storage unit 30.

圧電トランス５の各側面１０に、接続用パッド２０がそれぞれ設置される。圧電トランス５が共振周波数で振動するように、この接続用パッド２０を介して圧電トランス５に電圧が印加される。前記接続用パッド２０は、圧電トランスの第２自由端部８よりも第１端部に近いように設置される。図１０に示すように、圧電トランス５が励起されると、２つの振動節１４を形成する。接続用パッド２０は、この振動節１４の部分に設置されることが好ましく、圧電トランス５の第１端部の方により近く設置される。好適には、基本モードにおいて、圧電トランス５の長さに沿って２つの振動節１４（図１０参照）が形成されるように、圧電トランス５を構成する。 A connection pad 20 is installed on each side surface 10 of the piezoelectric transformer 5. A voltage is applied to the piezoelectric transformer 5 through the connection pad 20 so that the piezoelectric transformer 5 vibrates at a resonance frequency. The connection pad 20 is installed closer to the first end than the second free end 8 of the piezoelectric transformer. As shown in FIG. 10, when the piezoelectric transformer 5 is excited, two vibration nodes 14 are formed. The connection pad 20 is preferably installed at the portion of the vibration node 14 and is installed closer to the first end of the piezoelectric transformer 5. Preferably, the piezoelectric transformer 5 is configured such that two vibration nodes 14 (see FIG. 10) are formed along the length of the piezoelectric transformer 5 in the basic mode.

図２は、本発明のプラズマ発生装置１を覆う格納部３０の斜視断面図である。圧電トランス５は、駆動回路３を実装した回路基板７の上方に設置される。回路基板７自体は、複数の電子素子４を有するが、図面では分かり易くするために電子素子４の一部のみを示した。第一実施形態では、圧電トランス５は、第１端部６の区画６Ｂで回路基板７と互いに対面するように配置され、後で述べるように、空間的に離して支持される。
格納部３０は開口部３２を有し、前記開口部３２で、圧電トランス５の第２自由端部８は終点となる。圧電トランス５の第２自由端部８は高電圧となり、大気圧でプラズマＰが発生する（図５参照）。先に述べたように、送風機１７によって作動ガス流１５が生じ、圧電トランス５の第２自由端部８で、作動ガスからプラズマＰが発生する。 FIG. 2 is a perspective cross-sectional view of the storage unit 30 covering the plasma generator 1 of the present invention. The piezoelectric transformer 5 is installed above the circuit board 7 on which the drive circuit 3 is mounted. The circuit board 7 itself has a plurality of electronic elements 4, but only a part of the electronic elements 4 is shown in the drawing for easy understanding. In the first embodiment, the piezoelectric transformer 5 is disposed so as to face the circuit board 7 in the section 6B of the first end 6 and is supported spatially separated as described later.
The storage unit 30 has an opening 32, and the second free end 8 of the piezoelectric transformer 5 is an end point at the opening 32. The second free end 8 of the piezoelectric transformer 5 has a high voltage, and plasma P is generated at atmospheric pressure (see FIG. 5). As described above, the working gas flow 15 is generated by the blower 17, and the plasma P is generated from the working gas at the second free end 8 of the piezoelectric transformer 5.

図３は格納部３０内での本発明のプラズマ発生装置１の側面図である。図２でも説明したが、図３が示すように、プラズマ発生装置１は、圧電トランス５及び駆動回路３を実装し複数の電子素子４を有する回路基板７からなる構造ユニットとして構成される。従って、本発明のプラズマ発生装置１は、構成ユニットとして先ず製造され、続いて、例示した格納部３０の中に組み込まれる。図３に示すように、回路基板７と圧電トランス５の間には間隙１８が存在する。
図４は、格納部３０の一実施形態の斜視図である。本発明のプラズマ発生装置１を、格納部３０内に収めている。図４に示した本発明のプラズマ発生装置１では、格納部３０の開口部３２で終点となる、圧電トランス５の第２自由端部８だけが観察される。 FIG. 3 is a side view of the plasma generator 1 of the present invention in the storage unit 30. As described with reference to FIG. 2, as shown in FIG. 3, the plasma generator 1 is configured as a structural unit including a circuit board 7 on which a piezoelectric transformer 5 and a drive circuit 3 are mounted and which has a plurality of electronic elements 4. Therefore, the plasma generator 1 of the present invention is first manufactured as a constituent unit and then incorporated into the illustrated storage unit 30. As shown in FIG. 3, a gap 18 exists between the circuit board 7 and the piezoelectric transformer 5.
FIG. 4 is a perspective view of an embodiment of the storage unit 30. The plasma generator 1 of the present invention is housed in the storage unit 30. In the plasma generator 1 of the present invention shown in FIG. 4, only the second free end portion 8 of the piezoelectric transformer 5 that is the end point at the opening portion 32 of the storage portion 30 is observed.

図５は、本発明のプラズマ発生装置１の概略平面図である。先に説明したように、本発明のプラズマ発生装置１は、圧電トランス５及び回路基板７とからなる構造ユニットである。複数の電子素子４を有する回路基板７に、駆動回路３が実装される。駆動回路３を用いることで、共振周波数で圧電トランス５を励起できる。本発明のプラズマ発生装置１は外部電源と接続される。外部電源は従来の標準電源（図示なし）であり、ケーブル２１によって本発明のプラズマ発生装置１と接続される。同様にして、本発明のプラズマ発生装置１はバッテリを備えてもよい。また、バッテリと標準電源とを組み合わせてもよい。また、励起電圧は、回路基板７の駆動回路３から各電気接続線１２を介して圧電トランス５の各側面１０に印加される。
圧電トランス５の側面１０に励起電圧が印加されることで、圧電トランス５の第２自由端部８に高電圧が発生する。本発明のプラズマ発生装置１の送風機１７で作動ガス流１５を発生させ、この作動ガス流１５に第２自由端部８でプラズマ点火してプラズマＰが発生し、維持される。このプラズマＰは、本発明のプラズマ発生装置１を収納した格納部の開口部３２を通って噴射される。プラズマＰの点火及び維持は大気圧で行う。 FIG. 5 is a schematic plan view of the plasma generator 1 of the present invention. As described above, the plasma generator 1 of the present invention is a structural unit including the piezoelectric transformer 5 and the circuit board 7. A drive circuit 3 is mounted on a circuit board 7 having a plurality of electronic elements 4. By using the drive circuit 3, the piezoelectric transformer 5 can be excited at the resonance frequency. The plasma generator 1 of the present invention is connected to an external power source. The external power source is a conventional standard power source (not shown), and is connected to the plasma generator 1 of the present invention by a cable 21. Similarly, the plasma generator 1 of the present invention may include a battery. Moreover, you may combine a battery and a standard power supply. Further, the excitation voltage is applied from the drive circuit 3 of the circuit board 7 to each side surface 10 of the piezoelectric transformer 5 via each electrical connection line 12.
When an excitation voltage is applied to the side surface 10 of the piezoelectric transformer 5, a high voltage is generated at the second free end 8 of the piezoelectric transformer 5. The working gas flow 15 is generated by the blower 17 of the plasma generator 1 of the present invention, and the working gas flow 15 is plasma ignited at the second free end 8 to generate and maintain the plasma P. The plasma P is ejected through the opening 32 of the storage unit that houses the plasma generator 1 of the present invention. The plasma P is ignited and maintained at atmospheric pressure.

図６は、本発明のプラズマ発生装置１の側面図である。回路基板７上に、複数の電子素子４とともに、駆動回路３が実装される。圧電トランス５は、第１端部６の区画６Ｂを用い、回路基板７の上方に自在に支持される。圧電トランス５の各側面１０上の接続用パッド２０に、回路基板７から電気接続線１２を取り付ける。電気接続用パッド２０は、圧電トランス５の各側面１０上、圧電トランス５の振動節１４の部分に配置する（図９参照）。同様に、振動節１４の部分に圧電トランス５を誘導して物理的に支持する。また、回路基板７と圧電トランス５の間に間隙１８が生じるように、圧電トランス５を誘導して支持する。本発明のプラズマ発生装置１では、例えば、ＡＣ電圧１２Vの低電圧（ピーク−ピーク１２Ｖ）を一対の接続用パッド２０に印加し、圧電トランス５の第２自由端部８に高電圧を発生させる。
また、先に説明したように、回路基板７は送風機１７を搭載し、圧電トランス５の冷却に必要な気流を発生させる。また、接続用パッド２０の温度を検知する温度センサ２４を、接続用パッド２０に設置してもよい。温度センサ２４の信号は、接続子１１を介して回路基板７に送られる。図１の記載から明らかなように、接続用パッド２０の領域（つまり振動節１４の位置）で、熱エネルギ損失が最大となる。図６に示すように、温度センサ２４の測定は非接触型で行う。一方、温度センサ２４を、接続用パッド２０に半田付けしてもよい。なお、図５及び図６で示すように、圧電トランス５の幅及び厚さを、幅Ｂ及び厚さＤで表す。 FIG. 6 is a side view of the plasma generator 1 of the present invention. The drive circuit 3 is mounted on the circuit board 7 together with the plurality of electronic elements 4. The piezoelectric transformer 5 is freely supported above the circuit board 7 using the section 6B of the first end 6. The electrical connection line 12 is attached from the circuit board 7 to the connection pad 20 on each side surface 10 of the piezoelectric transformer 5. The electrical connection pad 20 is disposed on each side surface 10 of the piezoelectric transformer 5 and on the portion of the vibration node 14 of the piezoelectric transformer 5 (see FIG. 9). Similarly, the piezoelectric transformer 5 is guided to the vibration node 14 and physically supported. Further, the piezoelectric transformer 5 is guided and supported so that a gap 18 is formed between the circuit board 7 and the piezoelectric transformer 5. In the plasma generator 1 of the present invention, for example, a low voltage (peak-peak 12 V) of AC voltage 12 V is applied to the pair of connection pads 20 to generate a high voltage at the second free end 8 of the piezoelectric transformer 5. .
In addition, as described above, the circuit board 7 is equipped with the blower 17 and generates an air flow necessary for cooling the piezoelectric transformer 5. In addition, a temperature sensor 24 that detects the temperature of the connection pad 20 may be installed in the connection pad 20. A signal from the temperature sensor 24 is sent to the circuit board 7 via the connector 11. As is apparent from the description of FIG. 1, the thermal energy loss is maximized in the region of the connection pad 20 (that is, the position of the vibration node 14). As shown in FIG. 6, the measurement of the temperature sensor 24 is performed by a non-contact type. On the other hand, the temperature sensor 24 may be soldered to the connection pad 20. As shown in FIGS. 5 and 6, the width and thickness of the piezoelectric transformer 5 are represented by a width B and a thickness D.

図７は圧電トランス５の側面図であり、圧電トランス５の層構造を概略的に示す。圧電トランス５は、圧電トランス５の長さＬ及び厚さＤで画定される側面１０に対し略垂直方向に、複数の層Ｓ_１、Ｓ_２．．．．Ｓ_Ｎを積層して構成される。圧電トランス５は、絶縁材料からなる複数の層の積層体として構成され、各層の一部に導電経路が塗布される。焼成過程で、各々の層は互いに接続し、圧電トランスを形成する。図８に、Ｓ_１、Ｓ_２．．．．Ｓ_Ｎの各層の電気接続を示す。先に述べたように、各々の側面１０に接続用パッド２０が設置され、圧電トランス５の厚さＤ全体に渡って伸長させる。なお、Ｓ_１、Ｓ_２．．．．Ｓ_Ｎの各層は、Ｌ字型の導体層２７を備える。これらＬ字型の導体層２７は、２つの接続用パッド２０の一方と交互に接続するように配置されるので、Ｓ_１、Ｓ_２．．．．Ｓ_Ｎの個々の層は並列接続される。上記のように、２つの接続用パッド２０は、圧電トランス５の側面１０上、振動節の部分にそれぞれ設置される。 FIG. 7 is a side view of the piezoelectric transformer 5 and schematically shows the layer structure of the piezoelectric transformer 5. The piezoelectric transformer 5 includes a plurality of layers S ₁ , S ₂ ... In a direction substantially perpendicular to the side surface 10 defined by the length L and the thickness D of the piezoelectric transformer 5. . . . It is configured by stacking _SN . The piezoelectric transformer 5 is configured as a laminated body of a plurality of layers made of an insulating material, and a conductive path is applied to a part of each layer. During the firing process, the layers are connected together to form a piezoelectric transformer. In FIG. 8, S ₁ , S ₂ . . . . The electrical connection of each layer of _SN is shown. As described above, the connection pad 20 is provided on each side surface 10 and extends over the entire thickness D of the piezoelectric transformer 5. Note that S ₁ , S ₂ . . . . Each layer of _SN includes an L-shaped conductor layer 27. Since these L-shaped conductor layers 27 are arranged so as to be alternately connected to one of the two connection pads 20, S ₁ , S ₂ . . . . The individual layers of _SN are connected in parallel. As described above, the two connection pads 20 are respectively installed on the side surface 10 of the piezoelectric transformer 5 and the vibration node.

図９（ａ）及び（ｂ）は、圧電トランス５を挿入して支持した実施形態を示す。図９（ａ）は、スルーホール実装（つまり挿入実装技術、ＴＨＴ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−ｈｏｌｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）に使用する圧電トランス５の支持具２５を示す。本実施形態中、支持具２５は、スルーホール実装用の通路を形成する２本のピンであり、この通路に圧電トランス５は挿入されて支持される。図９（ｂ）に示す圧電トランス５の支持具の型式は、表面実装具（ＳＭＤ、ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｏｕｎｔｅｄｄｅｖｉｃｅ）である。電気接続線１２は、半田付け可能なパッド（図示なし）を用いて回路基板７に取り付けられる。
電気接続線１２は、支持具２５の構成部分を用い、圧電トランス５を接続用パッド２０の位置で支持する。本実施形態に係る図９（ｂ）に示す支持具２５は、平面材でつくられる。なお、支持具２５の材料は、弾力性及び導電性があるものが好適である。 FIGS. 9A and 9B show an embodiment in which the piezoelectric transformer 5 is inserted and supported. 9A shows a support tool 25 of the piezoelectric transformer 5 used for through-hole mounting (that is, insertion-mounting technology, THT (Through-hole technology). In the present embodiment, the support tool 25 is used for through-hole mounting. The piezoelectric transformer 5 is inserted into and supported by the passage, and the type of the support of the piezoelectric transformer 5 shown in FIG 9B is a surface mount tool (SMD, surface). The electrical connection line 12 is attached to the circuit board 7 using a solderable pad (not shown).
The electrical connection line 12 uses a component of the support 25 and supports the piezoelectric transformer 5 at the position of the connection pad 20. The support 25 shown in FIG. 9B according to this embodiment is made of a flat material. The material of the support 25 is preferably a material having elasticity and conductivity.

図１０は、圧電トランス５の長さを関数とし、様々な物理状態を表した図である。圧電トランス５を共振周波数領域で励起すると、圧電トランス５に２つの振動節１４をもつ振動モード１３を生成する。接続用パッド２０は、圧電トランス５の第１端部の方に近い振動節１４の部分に設置する。圧電トランス５を振動させると、圧電トランス５の第１端部６側の振動節１４において熱エネルギ損失４０が最大となる。なお、熱エネルギ損失４０は、各振動節１４で生じる。また、圧電トランス５の第２自由端部８で、電場４１は最大となる。作動ガスの流速４２は、第１端部６側の振動節１４で最大となる。前記流速４２は、第１端部６側の振動節１４から第２自由端部８にかけて減少する。 FIG. 10 is a diagram showing various physical states with the length of the piezoelectric transformer 5 as a function. When the piezoelectric transformer 5 is excited in the resonance frequency region, a vibration mode 13 having two vibration nodes 14 in the piezoelectric transformer 5 is generated. The connection pad 20 is installed at the portion of the vibration node 14 near the first end of the piezoelectric transformer 5. When the piezoelectric transformer 5 is vibrated, the thermal energy loss 40 is maximized at the vibration node 14 on the first end 6 side of the piezoelectric transformer 5. The thermal energy loss 40 occurs at each vibration node 14. In addition, the electric field 41 is maximized at the second free end 8 of the piezoelectric transformer 5. The flow rate 42 of the working gas is maximized at the vibration node 14 on the first end 6 side. The flow rate 42 decreases from the vibration node 14 on the first end 6 side to the second free end 8.

図１１は、本発明のプラズマ発生装置１を収納した携帯デバイス１００の一実施形態を示す。この携帯デバイス１００は、ワイヤレスであり、バッテリ１０１（通常１２Ｖ）を電源として圧電トランス５を励起する。また、携帯デバイス１００は、空気以外の作動ガス供給用のガスコネクタ１０２を有する。さらに、携帯デバイス１００は、本発明のプラズマ発生装置１の軸Ａ方向に送風する送風機１７を有する。携帯デバイス１００内の送風機１７によって、圧電トランス５の第２自由端部に向けて、作動ガス（通常は空気）が送風される。また、この流入する作動ガスによって、圧電トランス５は空冷され、この結果、熱エネルギ損失を除去する。携帯デバイス１００は格納部３０を有し、この格納部３０内にプラズマ発生装置１を一部品として組み込む。 FIG. 11 shows an embodiment of a portable device 100 that houses the plasma generator 1 of the present invention. The portable device 100 is wireless, and excites the piezoelectric transformer 5 using a battery 101 (usually 12V) as a power source. The portable device 100 includes a gas connector 102 for supplying working gas other than air. Furthermore, the portable device 100 has a blower 17 that blows air in the direction of the axis A of the plasma generator 1 of the present invention. The working gas (usually air) is blown toward the second free end of the piezoelectric transformer 5 by the blower 17 in the portable device 100. Moreover, the piezoelectric transformer 5 is air-cooled by the inflowing working gas, and as a result, heat energy loss is removed. The portable device 100 has a storage unit 30, and the plasma generator 1 is incorporated into the storage unit 30 as one component.

図１２は、本発明のプラズマ発生装置１を組み込んだ携帯デバイス１００の別の実施形態を示す。携帯デバイス１００は、標準電源のケーブル用にコネクタ１０３を備える。同様に、携帯デバイス１００は、作動ガス（空気以外）供給用にガスコネクタ１０２を備える。携帯デバイス１００は円筒形状をしており、格納部３０の開口部３２の方向に、作動ガスを圧電トランス５の第２自由端部８にまで送る送風機（図示なし）を、格納部３０内に有する。
なお、本明細書中、携帯デバイス１００について２つの実施形態だけを開示したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。当業者にとって、携帯デバイス１００の格納部３０を別の形状に変更可能なことは自明である。但し、格納部３０に開口部３２を形成し、大気圧でプラズマＰを発生させることは必須要件である。 FIG. 12 shows another embodiment of the portable device 100 incorporating the plasma generator 1 of the present invention. The portable device 100 includes a connector 103 for a standard power supply cable. Similarly, the portable device 100 includes a gas connector 102 for supplying a working gas (other than air). The portable device 100 has a cylindrical shape, and a blower (not shown) that sends a working gas to the second free end 8 of the piezoelectric transformer 5 is provided in the storage unit 30 in the direction of the opening 32 of the storage unit 30. Have.
In the present specification, only two embodiments of the mobile device 100 have been disclosed, but the present invention is not limited to these embodiments. It is obvious for those skilled in the art that the storage unit 30 of the portable device 100 can be changed to another shape. However, it is an essential requirement to form the opening 32 in the storage unit 30 and generate the plasma P at atmospheric pressure.

１装置
３駆動回路
４電子素子
５圧電トランス
６第１端部
６Ｂ区画
７回路基板
８第２自由端部
１０側面
１１接続子
１２電気接続線
１３振動モード
１４振動節
１５作動ガス流
１７送風機
１８間隙
２０接続用パッド
２１電源ケーブル
２４温度センサ
２５支持具
２７導電層
２８カバー
３０格納部
３２開口部
４０熱損失
４１電場
４２流速
５０電圧源
１００携帯デバイス
１０１バッテリ
１０２ガスコネクタ
１０３コネクタ
Ａデバイス軸
Ｌ長さ
Ｂ幅
Ｄ厚さ
Ｐプラズマ
Ｓ_１、Ｓ_２、・・・、Ｓ_Ｎ層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Apparatus 3 Drive circuit 4 Electronic element 5 Piezoelectric transformer 6 1st edge part 6B Compartment 7 Circuit board 8 2nd free edge part 10 Side surface 11 Connector 12 Electrical connection line 13 Vibration mode 14 Vibration node 15 Working gas flow 17 Blower 18 Gap DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Connection pad 21 Power cable 24 Temperature sensor 25 Support tool 27 Conductive layer 28 Cover 30 Storage part 32 Opening part 40 Heat loss 41 Electric field 42 Flow rate 50 Voltage source 100 Portable device 101 Battery 102 Gas connector 103 Connector A Device axis L Length B width D thickness P plasma S ₁ , S ₂ ,..., _SN layer

Claims

A plasma (P) generator (1), wherein the plasma (P) generator (1)
A piezoelectric transformer (5);
A drive circuit (3) electrically connected to the piezoelectric transformer (5) to excite the piezoelectric transformer (5);
A circuit board (7) on which the drive circuit (3) is mounted;
The piezoelectric transformer (5) is supported by the region (6B) of the first end (6) so as to face the circuit board (7), and the second free end (8) of the piezoelectric transformer (5). ) To generate a high voltage and ignite plasma (P) at atmospheric pressure,
Flowing a working gas flow (15) to generate plasma (P) and cooling the piezoelectric transformer (5);
The piezoelectric transformer (5) includes a plurality of layers (S ₁ , S ₂ ,... S _N ) made of an insulating material, and the plurality of layers (S ₁ , S ₂ ,... S _N ) are mutually connected. Connected, each layer (S ₁ , S ₂ ,... S _N ) at least partially comprises a conductive layer (27);
The piezoelectric transformer (5) is supported by the region (6B) of the first end portion (6) while being spaced apart from the circuit board (7) through a gap (18). Generator (1).

The piezoelectric transformer (5) is a rectangular parallelepiped, and the length (L) and the width (B) of the piezoelectric transformer (5) are longer than the thickness (D) of the piezoelectric transformer (5). The plasma generator (1) according to claim 1.

On each of the pair of side surfaces (10) defined by the length (L) and thickness (D) of the piezoelectric transformer (5) and in the portion of the vibration node (14) of the piezoelectric transformer (5), The plasma generator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that a connection pad (20) for applying an excitation voltage is attached.

The piezoelectric transformer (5) is supported above the circuit board (7) by a support tool (25) at the vibration node (14), and the support tool (25) is made of an elastic material. The plasma generator (1) according to claim 3, wherein:

The working gas flow (15) flows from at least the first end (6) of the piezoelectric transformer (5) supported on the circuit board (7) toward the second free end (8). The plasma generator (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.

A blower (17) is provided to assist the working gas flow (15) around the piezoelectric transformer (5) and to the second free end (8) of the piezoelectric transformer (5). The plasma generator (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that.

Exciting the piezoelectric transformer (5) at a resonant frequency causes at least two vibration nodes (14) to be located away from both the first end (6) and the second free end (8). The plasma generator (1) according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it can be generated.

Each electrical connection line (12) is guided from the circuit board (7) to each side surface (10) of the piezoelectric transformer (5) and connected to each connection pad (20), and the connection pad (20 ) Is installed on each side surface (10) of the piezoelectric transformer (5) at the vibration node (14), and the vibration node (14) is the second free end (8) of the piezoelectric transformer (5). 8) Plasma generator (1) according to claim 7, characterized in that it is located closer to the first end (6) than to the first end (6).

The plasma generator (1) according to claim 7, characterized in that a temperature sensor (24) is installed in at least one vibration node (14) of the piezoelectric transformer (5).

10. The electrical connection line (12) and the support (25) of the piezoelectric transformer (5) are made of a material having elasticity and conductivity, according to claim 1. The plasma generator (1) described in 1.

The plasma generator (1) according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the circuit board (7) and the piezoelectric transformer (5) constitute a structural unit.

A portable device for plasma surface treatment (100), wherein the portable device (100) comprises:
A storage unit (30);
A voltage source (50);
A drive circuit (3);
A piezoelectric transformer (5) excited by the drive circuit (3);
Mounting the drive circuit (3), and having a circuit board (7) disposed in the storage unit (30);
The piezoelectric transformer (5) including a first end (6) inserted above the circuit board (7) via a support (25) constitutes a structural unit,
The second free end (8) of the piezoelectric transformer (5) is aligned with the opening (32) of the storage (30),
Plasma (P) ignition at atmospheric pressure by the high voltage generated at the second free end (8) of the piezoelectric transformer (5),
Plasma (P) is generated from the flow of the working gas flow (15), and the piezoelectric transformer (5) is cooled,
The piezoelectric transformer (5) includes a plurality of layers (S ₁ , S ₂ ,... S _N ) made of an insulating material, and the plurality of layers (S ₁ , S ₂ ,... S _N ) are mutually connected. Connected, each layer (S ₁ , S ₂ ,... S _N ) at least partially comprises a conductive layer (27);
The piezoelectric transformer (5) is separated from the circuit board (7) through a gap (18) and supported by the region (6B) of the first end (6). Portable device for surface treatment (100)

The portable device (100) according to claim 12, characterized in that it has a battery (101) and / or a connector (103) for a standard power supply as a power source for the portable device (100).

The storage unit (30) includes a blower (17), and the blower (17) generates an air flow from the piezoelectric transformer (5) toward the opening (32) of the storage unit (30). 14. A portable device (100) according to claim 12 or claim 13.

An additional gas connector (102) is provided, and another working gas is supplied to the second free end (8) of the piezoelectric transformer (5) via the additional gas connector (102). 15. A portable device (100) according to any one of claims 12 to 14, characterized by.